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扎根北方草原 做生态屏障的守护者

文/胡月

沙尘暴与气候变化、生物多样性丧失是新世纪以来全球备受瞩目的三大环境问题,也是北方干旱半干旱地区生态环境和人类健康所面临的最具威胁作用的“环境杀手”。新世纪以来,京津冀大气环境屡遭来自北方干旱草原和荒漠特大沙尘暴的侵袭,但由于沙尘源地不精确、管控体系不健全、修复技术及治理模式不完善等诸多原因,致使沙尘事件频繁发生。这不仅给当地工农业生产带来巨大损失,还严重威胁民众健康和区域生态安全。沙尘暴是强风将地面沙尘物质吹起并卷入空中,使空气混浊,水平能见度小于1公里的天气现象。其发生和发展极其复杂,其中地面源地沙尘物质贡献、大风天气和不稳定的热力条件是沙尘暴形成的重要条件。

草原是一种可更新的自然资源,全球各类草原面积约占陆地总面积的26%,是世界上分布面积最广的自然生态系统类型,其防风固沙、涵养水源及碳汇功能十分强大,在应对全球气候变化中发挥着不可替代的作用,但退化草原又是北方沙尘暴防治的重点。为揭示草原退化与沙尘暴的形成机制,中国环境科学研究院吕世海研究员携其团队做出了许多鲜为人知的贡献。

防风治沙 还草原青青

随着城市与经济的迅猛发展,全球气候暖干化的趋势日益显现。在我国北方地区,源自退化草原与荒漠生态区的沙尘暴,其发生频率、强度以及影响范围也在不断地增强和扩大,并已成为我国北方地区最严重的生态环境问题之一。为了缓解沙尘天气的影响,许多学者在沙尘暴监测、化学组成、传输路径等方面做了大量前瞻性研究,为沙尘暴预警预报奠定了基础。但沙尘暴成因复杂、影响因素众多,沙尘源地识别及其修复治理又是一项复杂的系统工程。目前,关于沙尘源地修复治理与沙尘暴缓解技术主要集中在沙漠和沙地,对草原沙尘源地的贡献未受到足够重视,特别是草原沙尘源地时空格局、等级判识、管控措施及修复治理等技术问题尚待进一步研究。

在此背景下,吕世海研究员及其科研团队将目光重点放在了解决制约北方干旱半干旱草原区沙尘源地空间识别、沙尘暴环境暴露参数筛选、沙尘源地生态恢复与管控模式建立等关键技术上。该研究团队重点将中蒙毗邻草原区作为典型研究区,针对沙尘暴成因中的关键影响因素,借助高光谱遥感及野外地面监测等技术方法,构建了以土地覆被类型、地形起伏度、枯黄期植被覆盖度、地表2米风速和土壤湿润度作为关键指标的北方草原沙尘源地识别指标体系,采用野外控制试验和风洞模拟相结合的方法,创新了不同类型草原风蚀通量模型,确立了北方草原沙尘源地的量化分级标准及其生态阈值,并进一步将北方干旱半干旱草原区划分为非沙尘源地、轻度沙尘源地、中度沙尘源地和重度沙尘源地四个等级,解决了草原沙尘源地识别过程中的方法学问题,实现了草原沙源地的精准识别与量化评估,为阐明草原沙尘暴的发生机制、空间分布特征和确立有效的缓减措施奠定了基础。

在东北亚沙尘暴国际履约谈判中,针对国际上“黄沙来自中国”的论断,吕世海研究员及其科研团队依据我国北方区域特大沙尘天气的发生规律和传输特点,采用高光谱遥感技术、地面跟踪监测以及与大气颗粒物传输后轨迹模拟模型相结合的方法,对典型沙尘过程特征污染物了进行模拟分析和验证,最终得出了“我国北方沙尘天气中的特征污染物TSP和PM10以外源输入为主,局地贡献为辅”的结论。该结论得到了日本、韩国和蒙古国政府及相关专家的一致认可,并极大缓减了我国在东北亚沙尘暴国际履约的压力。此外,为阐明特大沙尘暴的环境暴露特征,他们采用固定源环境监测、大气特征污染物传输模型拟合、微环境时间活动模式相结合的方法,构建了北方草原区强沙尘天气基于社会属性的人群主观性暴露参数,包括行为模式、微环境暴露时间、主观防护意识等,以及客观条件下的微环境接触水平等,构建了沙尘暴健康预警及损失核算新模式。这项成果填补了沙尘暴特征污染物人群暴露水平估算方法空白,提高了沙尘暴环境健康损失估算精度和风险预警能力。为此,研究团队撰写了“北方草原沙尘源地识别与生态修复治理关键技术及应用”科技创新成果,2021年度被国家生态环境部授予环境保护科学技术二等奖。

绿色生态 草原经济新动能

在我国干旱半干旱草原区,草场退化与长期超载过牧有极大关系。草原退化是草原生态系统长期物质输出大于生态保护投入的恶果,也是草原自然灾害、沙尘暴频发的重要成因之一。

如何从源头上预防草原退化?吕世海研究员认为,革新现行草畜平衡管理制度,构建以绿色载畜量调控为核心的草原绿色发展体系,是协调草原生产功能和生态功能动态平衡的关键。绿色载畜量是在保持草原生态系统健康基础上,一定放牧时期和单位草原面积内保证家畜正常生长发育所能容纳的家畜数量,其创新点是把维护草原生态功能的初级生产力纳入了草原经济核算体系,使草原载畜量估算结果更符合草原绿色发展的理念,是推进草原区实现真正意义上的草畜平衡管理的一项制度创新。

为此,吕世海研究员及其科研团队已做了大量探索性科学研究工作。他多次强调:“在北方干旱半干旱草原区,寻求科学合理的放牧管理制度是稳步提升草原生态产品价值、合理收获草原生态经济红利的重要技术措施,也是推进草原绿色发展,维护草原生态屏障功能的关键环节。”于是,设计出合理的草畜平衡管理制度成为了吕世海研究员及其科研团队新近研究的重点内容之一。

由于草原绿色载畜量核算影响因素众多,且时空异质性较大,若想建立以绿色载畜量调控为基础的草畜平衡管理制度,就必须要掌握不同类型草原资源本底和生态系统健康状况,通过科学分区、用途管控、对症施策等措施,才能取得良好的生态效益、经济效益和社会效益。特别是在干旱半干旱草原区,由于受地形地貌、水热条件、土壤类型、群落物种组成及利用程度等因素的影响,草原植被发育状况、生产力及草场质量时空分布格局具有较大的异质性。吕世海研究员及其科研团队以呼伦贝尔主体草原为典型研究区,建立了首个“国家环境保护呼伦贝尔森林草原交错区科学观测研究站”,在草原资源本底调查和定位观测研究基础上,完成了“呼伦贝尔主体草原区生态系统健康诊断”项目,得到国内草业界知名专家的高度认可。他们根据草原生态系统健康状况和生态功能定位,以特定行政区为单元,将本单元内的天然草原划分为重点保护区、科学利用区和生态恢复区,科学估算不同单元、不同类型区草原绿色载畜量,并建立基于关键生态功能保护的“一区一策”管控制度,通过分区管理、动态调控和修复治理,对构建真正意义上的草畜平衡管理制度,确保草原生态产品的稳定输出具有重要参考价值。

为了有效缓解草原放牧压力,国家于2005年颁布了《草畜平衡管理办法》,2011年又在北方8个草原省(区)实施了草原生态保护补助奖励政策,同期的草原载畜量有显著下降,对防治草原过牧退化起到重要作用。吕世海研究员说:“建立基于草原绿色载畜量调控的新型草畜平衡制度,必须摸清草原经营者所拥有的资源禀赋及其生态服务功能,通过不断提升草畜产品附加值,增加牧民经济收入和草原牧区的发展后劲,调动牧民生态保护和生产发展积极性。”

在对草原合理放牧制度研究设计的同时,吕世海研究员还重点分析了绿色载畜量与草原载畜量的相同点以及不同点。草原绿色载畜量调控是草原畜牧业可持续发展中维持人-草-畜和谐共生的关键所在,也是探索草原生态系统服务功能稳步提升下,实现区域经济社会可持续发展的有效途径。草原绿色载畜量与草原载畜量在基本概念、科学内涵、理论体系、承载受体、承载对象、功能维护及实践意义等方面,既有实质区别又有内在联系,后者是前者的升华与拓展,也是推进草原生态文明建设进程的重要抓手。同时,草原绿色载畜量还首次将维护草原生态功能的净初级生产力纳入草原绿色经济核算体系,对维护草原生态和生产功能的动态平衡,防止草原退化,促进草牧业和谐发展具有重要作用。

吕世海研究员指出:“草原绿色发展是当前草原畜牧业发展史上一场深刻变革,也是寻求人类与草原和谐生态关系的价值体现,更是推进草原生态文明建设进程的重要路径。草原绿色发展的关键是引导牧民成为草原生态保护实践中理性的生产者。”

茫茫数载,吕世海研究员及其科研团队在风沙中摸索出治沙之道,树立沙尘暴肆虐的“屏障”;在草原上扎根,为草原绿色生态发展添砖加瓦。他们就这样默默地,坚守着自己的初心,继续做草原的守护者。

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